JP2843670B2 - Method of coating steel substrate using low temperature plasma treatment and primer treatment - Google Patents
Method of coating steel substrate using low temperature plasma treatment and primer treatmentInfo
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- B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
- B05D3/14—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by electrical means
- B05D3/141—Plasma treatment
- B05D3/142—Pretreatment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
- B05D3/14—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by electrical means
- B05D3/141—Plasma treatment
- B05D3/145—After-treatment
- B05D3/147—Curing
-
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- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
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-
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- C23C16/503—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using DC or AC discharges
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は鋼の防蝕に用いる低温プラズマ技術の使用に
関する。本発明の新規な方法は、鋼の反応性または不活
性ガスによるプラズマ処理、続いて処理された基体への
オルガノシランのプラズマ薄膜デポジション(これは周
囲温度で行なわれ、焼付けを必要としない)、および最
終的には適切なプライマーの施すことを包含する。本発
明のデポジション処理工程は周囲温度で行なわれ、カソ
ードとして鋼基体を用いる直流電力を利用し、そしてア
ノードは磁気強化部材(マグネトロン)を備えている。Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to the use of low temperature plasma technology for corrosion protection of steel. The novel method of the present invention involves plasma treatment of steel with a reactive or inert gas, followed by plasma thin film deposition of organosilane on the treated substrate (this is performed at ambient temperature and does not require baking). , And ultimately, the application of appropriate primers. The deposition process of the present invention is performed at ambient temperature, utilizes DC power using a steel substrate as the cathode, and the anode is provided with a magnetically reinforced member (magnetron).
発明の背景 鋼基体の防蝕は重要な工業的方法である。この方法は
自動車工業、鉄鋼産業等を含む多くの工業にとって重要
である。現在、鋼基体の防蝕の最も普通の方法は、亜鉛
めっき、リン酸亜鉛塩処理、有機物の電着、慣用的な吹
付または浸漬下塗、油塗装などである。然しながら、自
動車工業および他の高性能を要する用途では、これらの
方法は次の問題を有している:(1)揮発性有機物(VO
C)の形の汚染、(2)大量の廃棄物処理、(3)くぼ
んだ面の被覆に不適当、および(4)長期間の防蝕性が
不充分などである。BACKGROUND OF THE INVENTION Corrosion protection of steel substrates is an important industrial method. This method is important for many industries, including the automotive and steel industries. Currently, the most common methods of corrosion protection of steel substrates are galvanizing, zinc phosphate treatment, electrodeposition of organics, conventional spray or dip priming, oil painting, and the like. However, in the automotive industry and other high performance applications, these methods have the following problems: (1) volatile organics (VO
Contamination in the form of C), (2) disposal of large amounts of waste, (3) unsuitable for the coating of recessed surfaces, and (4) insufficient long-term corrosion protection.
プラズマ薄膜デポジションは均一なデポジションで、
「ピンホール」のない、そして良好な縁被覆率を有する
極わめて緻密な膜層を生ずることで知られている。さら
にこの方法は溶剤を使用しないのでVOCの問題は起きな
い。プラズマデポジション領域の用途の大部分は小さい
物品(例えばマイクロ電子部品)に限られてきた。より
大きい部品に対するプラズマ処理は主としてプラスチッ
ク基体に対して使用されてきた。Plasma thin film deposition is a uniform deposition,
It is known to produce extremely dense film layers without "pinholes" and with good edge coverage. Further, this method does not use a solvent, so that there is no VOC problem. Most applications of the plasma deposition area have been limited to small articles (eg, microelectronic components). Plasma treatments for larger parts have been used primarily for plastic substrates.
金属基体にポリマー薄膜をデポジットすることが可能
であることが開示されるようになった。金属への有機膜
のプラズマデポジションは、Journal of the Oil and C
olour Chemists Association,Vol.48,(1965)において
「グロー放電における金属の表面コーティング」と題す
る論文(以下「グロー放電」の論文と称する)に記述さ
れている。この論文は鋼基体の短期間防護のためにグロ
ー放電を用いる(すなわち、プラズマデポジション)有
機蒸気(スチレン、アクリレート、ブタジエン、ジエチ
ルシリケート、およびテトラエチルオルトシリケート)
から誘導されるポリマー薄膜で金属基体をコーティング
する方法を総括的に記述している。この方法は交流電力
と1〜5トールのシステム圧力を用いているが、鋼を反
応性ガス(例えば、酸素)または不活性ガス(例えば、
アルゴン)またはそれらの混合物で前処理することは開
示していない。「グロー放電」法は自動車工業に必要な
鋼を長期間防蝕するのに実行可能な方法ではないであろ
う。It has been disclosed that it is possible to deposit polymer thin films on metal substrates. Plasma deposition of organic films on metals is described in the Journal of the Oil and C
This is described in a paper entitled "Surface Coating of Metal in Glow Discharge" (hereinafter referred to as "glow discharge") in our Chemist Association, Vol . 48, (1965). This paper uses glow discharge (ie, plasma deposition) for short term protection of steel substrates, organic vapors (styrene, acrylate, butadiene, diethyl silicate, and tetraethyl orthosilicate).
A method for coating a metal substrate with a polymer thin film derived from Co., Ltd. is generally described. Although this method uses AC power and a system pressure of 1-5 Torr, the steel is reacted with a reactive gas (eg, oxygen) or an inert gas (eg,
(Argon) or mixtures thereof are not disclosed. The "glow discharge" method will not be a viable method for long-term corrosion protection of the steels required for the automotive industry.
安田教授はJournal of Applied Polymer Science:App
lied Polymer Symposium 42,233(1988)に発表された
金属の保護塗膜のための総合エネルギー入力におけるプ
ラズマ重合と題する論文でプラズマエネルギーレベル、
オルガノシランのデポジションおよび鋼基体の酸素洗浄
のいくつかの基体を開示している。然しながら、この論
文はオルガノシラン膜へのオルガノシランの適用または
プライマーの使用という本発明の方法を開示してはいな
い。Professor Yasuda has published the Journal of Applied Polymer Science: App
lied Polymer Symposium 42,233 (1988), a paper entitled Plasma Polymerization at Total Energy Input for Metal Protective Coatings,
Several substrates for organosilane deposition and oxygen cleaning of steel substrates are disclosed. However, this article does not disclose the method of the invention of applying organosilane to an organosilane membrane or using a primer.
また安田教授はJ.Vac.Sci.Technol.A7(2)Mar/Apr
(1989)に発表されたマグネトロングロー放電によるプ
ラズマ重合、I、低圧におけるモノマー分解に対する磁
界の影響という論文でプラズマ重合におけるマグネトロ
ンの使用を発表した。然しながら、この論文はここでも
また直流電力ではない交流電力のみを論じている。マグ
ネトロンを直流電力系で使用すると、マグネトロンはカ
ソードとしてのみ作用して、アノードとして作用するこ
とはできないと以前は考えられていた(VossenとKernに
よって発行された薄膜方法(1978)p 76、第1節参
照)。Prof. Yasuda is J.Vac.Sci.Technol.A7 (2) Mar / Apr
(1989) published a paper on the use of magnetrons in plasma polymerization in a paper on plasma polymerization by magnetron glow discharge, I, Effect of magnetic fields on monomer decomposition at low pressures. However, this paper again discusses only AC power, not DC power. It was previously thought that when a magnetron was used in a DC power system, the magnetron would only act as a cathode and not as an anode (the thin film method published by Vossen and Kern (1978), p. Section).
鋼を防蝕するためのグロー放電によるデポジットフィ
ルムとしてのポリシロキサンの使用がまたAokiの日本の
特願昭51−83030号(以下Aoki特許とする)に開示され
ている。さらにこの明細書は交流電力の使用をも教示し
ているが、反応性ガスまたは不活性ガスプラズマで鋼を
前処理することは教示も示唆もしてはいない。このAoki
特許の技術が接着性の問題を解決するための自動車の鋼
板用の長期間の防蝕方法としては実用性を有するとは思
われない。The use of polysiloxane as a glow discharge deposited film for corrosion protection of steel is also disclosed in Aoki Japanese Patent Application No. 51-83030 (hereinafter Aoki patent). Further, this specification teaches the use of AC power, but does not teach or suggest pretreating the steel with a reactive gas or an inert gas plasma. This Aoki
The patented technology does not appear to have utility as a long-term corrosion protection method for automotive steel plates to solve the problem of adhesion.
必要なことは、種々の異なった鋼基体に改良された耐
蝕性を与える有機薄膜層をデポジットさせる方法であ
る。この方法により良好な接着性、良好な縁被覆率、良
好な遮断性を有する薄膜が得られ、そしてこの方法によ
りVOCの問題が低減し、廃棄物処理が最小限になるに違
いない。What is needed is a method of depositing an organic thin film layer that provides improved corrosion resistance to a variety of different steel substrates. This method results in a film with good adhesion, good edge coverage, good barrier properties, and should reduce VOC problems and minimize waste disposal.
発明の要約 鋼の耐蝕性が次の方法を行なうことによって改良しう
ることが見出された:(1)鋼基体を反応性または不活
性ガスプラズマで前処理し;(2)プラズマデポジショ
ンのために100〜2000ボルト好ましくは300〜1200ボルト
の直流電力を用いて;(3)鋼基体をカソードにし;
(4)アノードに磁気強化部材(すなわち、マグネトロ
ン)を取り付け;そして(5)デポジットされるプラズ
マガスとしてオルガノシラン蒸気(反応性または不活性
ガスを一緒に用いるか用いないで)を使用する。これは
優れた被覆(良好な縁被覆率およびピンホールがな
い)、アノードまたは室壁の最小限のデポジション(こ
れは交流を使用する際問題となる)、および交流電力で
行なわれるよりも早いプラズマ薄膜デポジション速度が
得られる。プラズマ薄膜層を続いてプライマーコーティ
ングで被覆すると、防蝕は特に顕著になる。SUMMARY OF THE INVENTION It has been found that the corrosion resistance of steel can be improved by performing the following methods: (1) pretreating the steel substrate with a reactive or inert gas plasma; Using DC power of 100-2000 volts, preferably 300-1200 volts; (3) making the steel substrate a cathode;
(4) Attach a magnetic enhancement member (ie, magnetron) to the anode; and (5) use organosilane vapor (with or without a reactive or inert gas) as the plasma gas to be deposited. It has good coverage (good edge coverage and no pinholes), minimal deposition of anodes or chamber walls (which is a problem when using alternating current), and is faster than done with alternating current power A plasma thin film deposition rate is obtained. If the plasma thin film layer is subsequently coated with a primer coating, the corrosion protection is particularly pronounced.
またプライマーコーティングで被覆する前に、デポジ
ットされた最初の層の上にほかのプラズマデポジション
を行なうか、またはプラズマ層の表面に後処理を行なう
のが有益であることが見出された。この後処理工程はプ
ラズマ薄膜とプラズマコーティングとの間の接着を強化
するのに行なうことができる。このプラズマ層の後処理
は、ついでプライマーコーティングと反応しうるヒドロ
キシル、酸または塩基のような基を形成して好ましいプ
ラズマ薄膜層の表面に分極を生ずる。後処理工程は典型
的には反応性プラズマガス、例えば酸素、水、アンモニ
アなどまたは不活性プラズマガス、例えばヘリウム、ア
ルゴンなどを必要とする。It has also been found to be advantageous to perform another plasma deposition on the first layer deposited or to perform a post-treatment on the surface of the plasma layer before coating with the primer coating. This post-processing step can be performed to enhance the adhesion between the plasma thin film and the plasma coating. This post-treatment of the plasma layer in turn forms groups such as hydroxyls, acids or bases that can react with the primer coating, causing polarization on the surface of the preferred plasma thin film layer. The post-treatment step typically requires a reactive plasma gas such as oxygen, water, ammonia or the like or an inert plasma gas such as helium, argon or the like.
図面の簡単な説明 第1図は真空室、電極、電源、関連パイピングなどを
示す本発明のプラズマデポジションシステムの略図であ
る。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram of a plasma deposition system of the present invention showing a vacuum chamber, electrodes, power supplies, associated piping, and the like.
第2図はマグネトロンを取り付けたアノードの1つの
正面図である。FIG. 2 is a front view of one of the anodes equipped with the magnetron.
第2A図は第2図と同じアノードの側面図である。 FIG. 2A is the same side view of the anode as FIG.
発明の詳細な説明 プラズマ処理を含む簡単なコーティングシステムが腐
食から鋼表面を保護する有効な方法となることが見出さ
れた。本発明の新規なシステムは種々の異なったサイズ
と形状の種々の異なった種類の鋼(例えば裸鋼、冷間圧
延鋼、不銹鋼、亜鉛めっき鋼板、リン酸塩処理鋼等)に
使用するのに便利である。例えば予備組立ての車体、車
体部品、ロール、コイル、シートなどである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION It has been found that a simple coating system, including plasma treatment, is an effective way to protect steel surfaces from corrosion. The novel system of the present invention is suitable for use on a variety of different types of steel of various sizes and shapes (eg, bare steel, cold rolled steel, stainless steel, galvanized steel, phosphatized steel, etc.). It is convenient. For example, a pre-assembled vehicle body, vehicle body parts, rolls, coils, sheets, and the like.
本発明の新規なシステムは4つの基本的な工程からな
る。第1工程は鋼基体の不活性または反応性プラズマガ
スを用いる前処理である。第2工程は薄膜のプラズマデ
ポジションである。第3工程(任意工程)は薄膜表面の
プラズマ後処理である。そして第4工程は後処理された
プラズマ薄膜へのプライマーのコーティングである。The novel system of the present invention consists of four basic steps. The first step is a pretreatment of the steel substrate with an inert or reactive plasma gas. The second step is plasma deposition of a thin film. The third step (optional step) is a post-plasma treatment of the thin film surface. The fourth step is coating of the post-treated plasma thin film with a primer.
不活性または反応性ガスを用いるプラズマ前処理を含
む第1工程は慣用の清浄化より好ましく、より良好な接
着が得られる。(もし鋼基体に油分があれば、このプラ
ズマ処理より前に慣用の方法、例えば溶剤できれいにし
ておくべきである)。The first step, which includes a plasma pretreatment with an inert or reactive gas, is preferred over conventional cleaning and results in better adhesion. (If there is oil on the steel substrate, it should be cleaned in a conventional manner, for example with a solvent, before this plasma treatment).
不活性または反応性ガスのプラズマ前処理の後、第2
工程では鋼基体を高度に排気された室中でプラズマによ
り生成したポリマーの薄層でコーティングする。プラズ
マデポジションの後の任意の第3工程はプラズマ薄膜と
その上に適用されるプライマーコーティングとの間の接
着を強化する膜の表面の後処理である。このプラズマ層
の後処理は次いでプラズマコーティングと反応しうる
(または相溶性を有する)官能性基、例えばヒドロキシ
ル、酸または塩基のような基を生ずる。後処理工程は典
型的にはプラズマガス、例えば酸素、水、アンモニア等
または不活性プラズマガス、例えばヘリウム、アルゴン
などを包含する。After a plasma pretreatment of an inert or reactive gas, a second
The process involves coating a steel substrate with a thin layer of plasma-generated polymer in a highly evacuated chamber. An optional third step after plasma deposition is a post-treatment of the surface of the film to enhance the adhesion between the plasma thin film and the primer coating applied thereon. Post treatment of this plasma layer then produces functional groups that can react (or be compatible) with the plasma coating, such as hydroxyl, acid or base. Post-treatment steps typically include a plasma gas, such as oxygen, water, ammonia, or the like, or an inert plasma gas, such as helium, argon, or the like.
第4工程であるプライマーの適用は種々の方法で行な
うことができる。重要なことはプラズマデポジット薄膜
への良好な接着性、良好な遮断特性および良好な防蝕性
を有するプライマーを選ぶことである。The fourth step, application of a primer, can be performed by various methods. The important thing is to choose a primer that has good adhesion to the plasma deposited thin film, good barrier properties and good corrosion protection.
工程1:プラズマ前処理 本発明の好ましいシステムの全体図を第1図に示す。
(注:この図は単に発明を説明するものであって当業者
はこれにより本発明を実施するのに多くの効果的なシス
テムを設計することができるであろう)。例えば、プラ
ズマ前処理とプラズマデポジションを連続的工程で隔て
られた室内で行なうことも可能であろう。第1図は真空
室11、カソード12(これは鋼基体である)、アノード1
3、電源14、プラズマガス供給ライン15、プラズマガス
流量コントローラー16および真空ポンプ17を示す。直流
電源14の陰極を鋼基体に接続しカソード12にする。直流
電源14の接地された陽極をアノード13に接続する。第2
図に示すようにアノード13は重畳磁界(マグネトロン)
を備えている。(マグネトロンはプラズマデポジション
工程には必須であるが、プラズマ前処理工程またはプラ
ズマ後処理工程では必要でない)。マグネトロンをプラ
ズマデポジション工程に使用する場合、磁石表面の磁界
は10〜10,000ガウスの間、好ましくは100〜1000ガウス
であり、そして最も好ましくは700〜900ガウスとすべき
である。マグネトロンは当該分野で良く知られており、
総括的に薄膜方法と題する書籍のII−2部およびII−4
部に発表されている。当該技術分野では明らかなように
磁界を重ねるには数多くの方法がある。Step 1: Plasma Pretreatment An overall view of the preferred system of the present invention is shown in FIG.
(Note: This diagram is merely illustrative of the invention, which will enable those skilled in the art to design many effective systems for practicing the invention.) For example, plasma pre-treatment and plasma deposition could be performed in separate rooms in a continuous process. FIG. 1 shows a vacuum chamber 11 , a cathode 12 (this is a steel substrate), an anode 1
3 , a power supply 14 , a plasma gas supply line 15 , a plasma gas flow controller 16 and a vacuum pump 17 are shown. The cathode of the DC power supply 14 is connected to the steel substrate to form the cathode 12 . The grounded anode of the DC power supply 14 is connected to the anode 13 . Second
As shown in the figure, the anode 13 has a superposed magnetic field (magnetron).
It has. (A magnetron is essential for the plasma deposition process, but not for the plasma pre- or post-plasma process). If a magnetron is used in the plasma deposition process, the magnetic field on the magnet surface should be between 10 and 10,000 gauss, preferably between 100 and 1000 gauss and most preferably between 700 and 900 gauss. Magnetrons are well known in the art,
II-2 and II-4 of the book entitled "Thin Film Method"
Department has been announced. As is apparent in the art, there are many ways to superimpose the magnetic field.
第2図は本発明の実施例に使用するアノードの配置の
詳細である。(正確な寸法は実施例の項に詳細に述べ
る)。アノード13はアルミニウムプレート23からなって
おり;チタニウムプレート22(これはアルミニウムプレ
ート23の内側に取付けてある);鉄のリング24と鉄の円
板24′(これはアルミニウムプレート23の裏側に取付け
てある);そして8個の永久棒磁石25(これは南極を中
心点に向けて鉄の円板24′と鉄のリング24に取付けてあ
る)。好ましい磁界強さは700〜900ガウスの範囲であ
る。つぎに電極(アノード)13は全体をセラミック材料
26で支持されている。当業者には明らかなように、アノ
ードの構造はアノードの構成材料と同様に変えることが
できる。例えば、チタニウムプレート23またはアルミニ
ウムプレート22は低いスパッタリング収率を有する他の
常磁性体であってよく、鉄の円板24′または鉄のリング
24は他の強磁性体であってもよい。FIG. 2 shows the details of the arrangement of the anode used in the embodiment of the present invention. (The exact dimensions are described in detail in the Examples section). The anode 13 comprises an aluminum plate 23 ; a titanium plate 22 (which is mounted inside the aluminum plate 23 ); an iron ring 24 and an iron disk 24 ' (which is mounted behind the aluminum plate 23). There are) and eight permanent bar magnets 25 (this is mounted on an iron disk 24 ' and an iron ring 24 with the South Pole facing the center point). Preferred magnetic field strengths are in the range of 700-900 Gauss. Next, the electrode (anode) 13 is made entirely of ceramic material
Supported by 26 . As will be apparent to those skilled in the art, the structure of the anode can vary as well as the materials of construction of the anode. For example, the titanium plate 23 or aluminum plate 22 may be another paramagnetic material having a low sputtering yield, such as an iron disk 24 ' or an iron ring.
24 may be another ferromagnetic material.
プラズマ前処理とプラズマデポジション工程を行なう
ために、鋼基体は2つの平行なアノード13の間の中心に
吊され、そして鋼基体がカソード12となるように直流電
源14の陰極に接続される。(工業的システムでは複雑な
形状をカバーするためにロボットのアームにアノードを
取付けることも可能であろう。アノードの数、大きさお
よび形状そしてそれらの位置を所望の用途によって変え
ることができるであろう)。To perform the plasma pretreatment and plasma deposition steps, the steel substrate is suspended centered between two parallel anodes 13 and connected to the cathode of a DC power supply 14 such that the steel substrate is the cathode 12 . (In an industrial system, it would be possible to attach the anode to the robot arm to cover complex shapes. The number, size and shape of the anodes and their location could be varied depending on the desired application. ).
つぎに真空ポンプ17を用いて、システム圧力が1ミリ
トールより低くなるまで真空室11を排気する。ガス流速
と無関係にシステム圧力は圧力計19の読取りを用いて絞
り弁18で調節される。前処理ガス(例えば、酸素ガスま
たは酸素ガスとアルゴンを混合したもの)は圧力を1ト
ール以下、好ましくは100ミリトールより低く保ちなが
ら、所望の流速で真空室11に供給される。本発明の好ま
しい前処理ガスは酸素であり、これは有機汚染物を除去
し、そして鋼基体の表面に金属酸化物を生成しうるため
である。ほかの反応性ガスまたは不活性ガスまたはそれ
らの混合物を使用することもできる。これらのほかの前
処理ガスとしては空気、水素、窒素、アルゴン、水蒸気
などが包含される。Next, the vacuum chamber 11 is evacuated using the vacuum pump 17 until the system pressure becomes lower than 1 mTorr. Regardless of the gas flow rate, the system pressure is adjusted at the throttle valve 18 using a pressure gauge 19 reading. The pretreatment gas (for example, oxygen gas or a mixture of oxygen gas and argon) is supplied to the vacuum chamber 11 at a desired flow rate while maintaining the pressure at 1 Torr or less, preferably less than 100 mTorr. The preferred pretreatment gas of the present invention is oxygen because it removes organic contaminants and can form metal oxides on the surface of the steel substrate. Other reactive or inert gases or mixtures thereof can also be used. These other pretreatment gases include air, hydrogen, nitrogen, argon, water vapor and the like.
低温プラズマ処理の操作パラメーターはジュール/kg
によって与えられるW/FMのプラズマガスの質量当りエネ
ルギー入力レベルで与えることができる。ここでWはシ
ステム内への電力入力(W=ジュール/秒)であり、F
はモル流量速度であり、そしてMはガスの分子量であ
る。(FMは質量流速を表わす)。この関係によれば使用
される流速は電力入力とガスの分子量に依存する。この
質量当りのエネルギー入力は1kg当り1メガジュール〜1
kg当り2ギガジュールの間にあるべきである。Operating parameters for low-temperature plasma processing are joules / kg
Can be provided at the energy input level per mass of W / FM plasma gas given by: Where W is the power input into the system (W = joules / sec) and F
Is the molar flow rate and M is the molecular weight of the gas. (FM stands for mass flow rate). According to this relationship, the flow rate used depends on the power input and the molecular weight of the gas. The energy input per mass is between 1 megajoule and 1 kg
Should be between 2 gigajoules per kg.
前処理プラズマガスはプラズマガス供給ライン15を通
って供給され、流速は適切なプラズマガス流量コントロ
ーラー16を用いて調節される。つぎに電源14を入れ、プ
ラズマ状態を開始させる。ついで電力を調節し、所望の
電力レベルとする。この電力レベルは流速、基体のサイ
ズ、カソードからアノードの距離、前処理ガスの分子
量、圧力などによって変化する。前処理のプラズマを所
望時間(典型的には30秒〜10分間)維持すべきであり、
ついで電源14を切り、そして前処理ガス流量を適当なプ
ラズマガス閉止弁20を用いて止めなければならない。処
理時間は操作パラメータW/FMに依存する。効果的な処理
は1kg当り0.5ギガジュール/秒と1kg当り50ギガジュー
ル/秒の間で「エネルギー入力×処理時÷質量」によっ
て行なうことができる。前処理プラズマ工程後、真空室
11を真空ポンプ17を用いて1ミリトール以下の圧力にも
う一度排気する。これでプラズマ前処理工程を終了す
る。注:またプラズマ前処理工程に直流電力ではなくて
交流電力または高周波電力を使用することも可能であろ
う。The pretreatment plasma gas is supplied through a plasma gas supply line 15 and the flow rate is adjusted using a suitable plasma gas flow controller 16 . Next, the power supply 14 is turned on to start the plasma state. The power is then adjusted to the desired power level. This power level varies depending on the flow rate, the size of the substrate, the distance between the cathode and the anode, the molecular weight of the pretreatment gas, the pressure, and the like. The pretreatment plasma should be maintained for the desired time (typically 30 seconds to 10 minutes),
The power supply 14 must then be turned off and the pretreatment gas flow must be stopped using a suitable plasma gas shutoff valve 20 . The processing time depends on the operation parameter W / FM. Effective processing can be performed between 0.5 gigajoules / sec / kg and 50 gigajoules / sec / kg by “energy input × processing time ÷ mass”. Vacuum chamber after pre-treatment plasma process
The vacuum pump 11 is evacuated once again using the vacuum pump 17 to a pressure of 1 mTorr or less. This ends the plasma pretreatment process. Note: It would also be possible to use AC or RF power instead of DC power for the plasma pretreatment step.
工程2:プラズマポリマーデポジション プラズマデポジションの基本的概念はAcademic Press
から1985年に発表されたプラズマ重合と題する安田教授
の本に記述されている。これはプラズマデポジションガ
スを所望の流速でプラズマガス流量コントローラー16を
通って真空室11に供給することによって行なわれる。前
処理プラズマの場合のように、流速はシステムに用いる
電力とプラズマガスの分子量に依存する。この質量当り
のエネルギー入力は、プラズマデポジションガスと使用
された入力レベルによって1kg当り1メガジュールと1kg
当り1ギガジュールの間にあるべきである。プラズマデ
ポジションガスを真空室11に供給する間に、システムの
圧力を1ミリトール〜1トール、好ましくは10ミリトー
ル〜500ミリトール、そして最も好ましくは20ミリトー
ル〜100ミリトールの間に保つことが重要である。上述
したようにシステムの圧力はガス流速と無関係に、圧力
計19からの読取りを用いる絞り弁18によって調節され
る。Process 2: Plasma Polymer Deposition The basic concept of plasma deposition is Academic Press
In 1985, Professor Yasuda's book entitled Plasma Polymerization. This is done by supplying plasma deposition gas at a desired flow rate through plasma gas flow controller 16 to vacuum chamber 11 . As in the case of the pretreatment plasma, the flow rate depends on the power used in the system and the molecular weight of the plasma gas. The energy input per mass is 1 megajoule and 1 kg per kg depending on the plasma deposition gas and the input level used.
Should be between 1 gigajoule per. It is important to keep the system pressure between 1 mTorr and 1 Torr, preferably between 10 mTorr and 500 mTorr, and most preferably between 20 mTorr and 100 mTorr while supplying the plasma deposition gas to the vacuum chamber 11. . As described above, the pressure of the system is regulated by a throttle valve 18 using a reading from a pressure gauge 19 , independent of the gas flow rate.
一度、所望の流速とシステム圧力が得られると、電力
が入り、ついで所望の電力レベルに調節する。この電力
レベルは流速、基体のサイズ、カソードからアノードの
距離、プラズマガスの分子量、圧力などによって変化す
る。プラズマデポジションは所望の薄膜特性と厚さを得
るために所望の時間続けるべきである。薄膜の厚さは10
オングストローム〜10ミクロンの間、好ましくは10オン
グストローム〜5,000オングストローム、そして最も好
ましくは10オングストローム〜3,000オングストローム
の範囲である。デポジション時間は典型的には1秒〜20
分、好ましくは30秒〜10分、最も好ましくは30秒〜2分
である。デポジション処理の制御はまた「エネルギー入
力×デポジション時間÷質量」によってもよい。このパ
ラメーターを1kg当り0.5ギガジュール/秒と1kg当り50
ギガジュール/秒の間に保つべきである。所望時間の
後、直流電源14を切りプラズマガス流量を適当なプラズ
マガス止め弁20を用いて止めなければならない。デポジ
ション時間は1kg当りのジュールで表わす入力レベルを
質量で割ったものに基づく。耐食性に効果的なプラズマ
デポジション時間は薄膜接着性、薄膜遮断性および薄膜
の厚さ次第である。Once the desired flow rate and system pressure are achieved, power is turned on and then adjusted to the desired power level. This power level varies depending on the flow rate, the size of the substrate, the distance between the cathode and the anode, the molecular weight of the plasma gas, the pressure, and the like. The plasma deposition should last for the desired time to obtain the desired thin film properties and thickness. Thin film thickness is 10
It ranges between Angstroms to 10 microns, preferably from 10 Angstroms to 5,000 Angstroms, and most preferably from 10 Angstroms to 3,000 Angstroms. Deposition time is typically 1 second to 20
Minutes, preferably 30 seconds to 10 minutes, most preferably 30 seconds to 2 minutes. The control of the deposition process may be based on “energy input × deposition time / mass”. 0.5 gigajoules / sec per kg and 50 per kg
It should be kept between gigajoules / sec. After the desired time, the DC power supply 14 must be turned off and the plasma gas flow must be stopped using a suitable plasma gas stop valve 20 . Deposition time is based on input level, expressed in joules per kg, divided by mass. The effective plasma deposition time for corrosion resistance depends on thin film adhesion, thin film barrier properties and thin film thickness.
本発明の好ましいプラズマデポジションガスはトリメ
チルシラン(TMS)である。ほかのガスとしては、ジメ
チルシラン(DMS)、テトラメチルシラン、トリメチル
エトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ヘキサメ
チルジシロキサンまたは珪素、酸素、炭素、リンまたは
水素のいずれかまたはそれらの混合物を含み、そしてビ
ニル不飽和を有するか有しないオルガノシラン類をあげ
ることができるが、これらに限定されるものではない。
炭素、水素、酸素、弗素またはそれらの混合物(例えば
メタン)を含むほかの炭化水素類も使用することができ
る。さらにアンチモン、リン、亜鉛、チタニウム、アル
ミニウム、錫、ジルコニウムおよびほかの金属またはそ
れらの混合物を含む有機金属化合物を使用することがで
きる。The preferred plasma deposition gas of the present invention is trimethylsilane (TMS). Other gases include dimethylsilane (DMS), tetramethylsilane, trimethylethoxysilane, methyltrimethoxysilane, hexamethyldisiloxane or any of silicon, oxygen, carbon, phosphorus or hydrogen or mixtures thereof, and Examples include, but are not limited to, organosilanes with or without vinyl unsaturation.
Other hydrocarbons, including carbon, hydrogen, oxygen, fluorine or mixtures thereof (eg, methane) can also be used. In addition, organometallic compounds including antimony, phosphorus, zinc, titanium, aluminum, tin, zirconium and other metals or mixtures thereof can be used.
また、プラズマデポジションガスはキャリヤーガス
(特に高沸点化合物の蒸気が用いられる場合)を使用す
るのが有利である。キャリヤーガスは、例えばアルゴン
およびヘリウムのような不活性ガスまたは、例えば酸
素、または窒素のような反応性ガス(またはそれらの混
合物)であってもよい。Further, it is advantageous to use a carrier gas (particularly when a high-boiling compound vapor is used) as the plasma deposition gas. The carrier gas may be an inert gas such as, for example, argon and helium, or a reactive gas (or a mixture thereof) such as, for example, oxygen or nitrogen.
それらの化合物を真空システムに供給するのに充分な
蒸気圧が生成するならば、また液体または個体化合物で
さえもプラズマデポジション化合物として使用すること
ができる。室温でのガス状物質は一定の流速を維持する
目的で好ましい。Liquid or even solid compounds can be used as plasma deposition compounds provided that sufficient vapor pressure is generated to supply those compounds to a vacuum system. Gaseous materials at room temperature are preferred for the purpose of maintaining a constant flow rate.
デポジション工程終了後、真空室11は真空ポンプ17を
用いて、1ミリトール以下の圧力に排気すべきである。
これによりデポジション工程は終わる。然しながら、さ
らにプラズマ薄膜の層を最初の層の上にデポジットさせ
ることができることが指摘されるべきである。これらの
引続いてデポジットさせる層はおそらくシラン以外の有
機化合物かまたは有機金属化合物になるであろう。上述
したように(すなわち、アノードにマグネトロンを持つ
直流電力)最初の層をデポジットさせることが必須であ
るが、その後にデポジットさせたプラズマ層は当該技術
分野で知られるほかの電力手段(例えば、交流、超短波
および高周波(RF)電力)を用いてデポジットさせるこ
ともできる。After the deposition step, the vacuum chamber 11 should be evacuated using a vacuum pump 17 to a pressure of 1 mTorr or less.
This ends the deposition process. However, it should be pointed out that a further layer of plasma thin film can be deposited on the first layer. These subsequently deposited layers will likely be organic compounds other than silane or organometallic compounds. As described above (ie, DC power with a magnetron at the anode), it is essential to deposit the first layer, but the subsequently deposited plasma layer can be deposited by other power means known in the art (eg, AC power). , Ultra-high frequency and high frequency (RF) power.
工程3:デポジットされた薄膜の表面処理 本発明の方法における第3工程はデポジットされたプ
ラズマ薄膜の表面を後処理する任意の工程である。プラ
イマーコーティングによって被覆される前のデポジット
されたプラズマ薄膜層の表面の後処理で、プラズマ薄膜
層とプライマーコーティングとの間の接着を強化するこ
とができるので、この工程は重要である。しかしなが
ら、場合によっては、経済的理由(すなわち、より高い
生産性のためのより短かい工程時間)でプラズマ薄膜の
表面の後処理工程を飛ばして、直接プライマーコーティ
ング工程に進めることが望ましいかもしれない。このプ
ラズマ薄膜層の後処理がヒドロキシル基、酸素または塩
素性基(例えば、アミン、アルキルアミン、アミドな
ど)を生成させて表面を分極化させるのが好ましい。こ
の後処理工程は典型的には非重合性の反応性ガス、例え
ば酸素、水、二酸化炭素、またはアンモニア(またはそ
れらの混合物)を不活性ガスと一緒にまたは不活性ガス
なしに用いるもう1つのプラズマ処理を含んでいる。プ
ラズマ薄膜の後処理の例は実施例Vに示す。またプラズ
マ薄膜の表面上化学的方法、乾燥または湿潤によって極
性基を生成させることも可能であるかもわからない。こ
れは当業者には容易に理解されるであろう。例えば、プ
ラズマ薄膜表面にヒドロキシル基または酸基を生成させ
るためにクロム酸でプラズマ薄膜の表面を処理するかま
たは無水亜硫酸ガスで表面をスルホン化することが可能
である。(Marcel Dekker,Inc.によるPolymer Interfac
e and Adhesion,(1982年),p284,9.1.2節参照)。Step 3: Surface Treatment of Deposited Thin Film The third step in the method of the present invention is an optional step of post-treating the surface of the deposited plasma thin film. This step is important because post-treatment of the surface of the deposited plasma thin film layer before it is covered by the primer coating can enhance the adhesion between the plasma thin film layer and the primer coating. However, in some cases, it may be desirable to skip the post-treatment step of the plasma thin film surface and proceed directly to the primer coating step for economic reasons (i.e., shorter processing times for higher productivity). . The post-treatment of the plasma thin film layer preferably produces hydroxyl groups, oxygen or chlorinated groups (eg, amines, alkylamines, amides, etc.) to polarize the surface. This post-treatment step typically involves the use of another non-polymerizable reactive gas, such as oxygen, water, carbon dioxide, or ammonia (or mixtures thereof), with or without an inert gas. Includes plasma treatment. An example of post-treatment of a plasma thin film is shown in Example V. It may also not be possible to generate polar groups on the surface of the plasma thin film by chemical methods, drying or wetting. This will be readily understood by those skilled in the art. For example, it is possible to treat the surface of the plasma thin film with chromic acid to generate hydroxyl groups or acid groups on the surface of the plasma thin film, or to sulfonate the surface with a sulfurous anhydride gas. (Polymer Interfac by Marcel Dekker, Inc.
e and Adhesion, (1982), p. 284, section 9.1.2).
工程4:プライマーの施用 薄膜プラズマデポジションとプラズマ薄膜の表面の後
処理後、慣用のプライマーコーティング被覆を適用す
る。プラズマデポジット薄膜を有する鋼基体は薄膜を有
しない同一の鋼よりも優れた防蝕性を有するが、この防
蝕性はプライマーコーティングの適用後驚異的に改良さ
れる。同様に、プラズマデポジット薄膜層とプライマー
コーティングの両方を用いた鋼基体はプライマーコーテ
ィングのみを用いた鋼基体よりも優れた防蝕性を有す
る。Step 4: Applying a Primer After thin film plasma deposition and post-treatment of the surface of the plasma thin film, a conventional primer coating coating is applied. Although the steel substrate with the plasma deposited thin film has better corrosion protection than the same steel without the thin film, the corrosion resistance is surprisingly improved after application of the primer coating. Similarly, steel substrates using both the plasma-deposited thin film layer and the primer coating have better corrosion protection than steel substrates using only the primer coating.
プライマーは当該技術分野(例えば、カノードまたは
陽極電着塗装、浸漬、吹付け、ロール塗、粉体被覆、真
空蒸着重合など)で良く知られた異なった多くの方法の
任意の方法で適用することができる。さらにこの技術分
野で良く知られた多数の異なったプライマーコーティン
グのいくつかも使用することができる。例としてはアク
リル系シラン、ポリエステルシラン、ポリエステルウレ
タンシラン、メラミン/ポリエステル、メラミン/ポリ
エステルウレタン、エポキシ無水物、エポキシアミン、
ポリエステルイソシアネート、ポリエーテルビニルなど
をあげることができるがこれらに限定されるものではな
い。The primer may be applied by any of a number of different methods well known in the art (eg, canode or anodic electrodeposition, dipping, spraying, rolling, powder coating, vacuum deposition polymerization, etc.). Can be. In addition, some of the many different primer coatings well known in the art can also be used. Examples include acrylic silane, polyester silane, polyester urethane silane, melamine / polyester, melamine / polyester urethane, epoxy anhydride, epoxyamine,
Examples thereof include, but are not limited to, polyester isocyanate and polyether vinyl.
好ましいプライマーコーティングはプラズマデポジッ
トされた薄膜と反応しうるものである。プラズマデポジ
ットされた薄膜がオルガノシラン、または後処理して、
表面にヒドロキシル基を生成したオルガノシランである
場合、プライマーはアクリル系シラン、ポリエステルシ
ランまたはポリエステルウレタンシラン(すなわち、シ
ラノールおよびアルコキシシラン基を有するプライマ
ー)が好ましい。最も好ましいプライマーは樹脂を含有
するトリメトキシシランである。この種類のプライマー
についてはKanegafuchi特許No.U.S.4,801,658に記載さ
れている。Preferred primer coatings are those that can react with the plasma deposited thin film. Plasma-deposited thin film is treated with organosilane or post-treatment,
In the case of an organosilane having a hydroxyl group formed on the surface, the primer is preferably an acrylic silane, polyester silane or polyester urethane silane (that is, a primer having a silanol and alkoxysilane group). The most preferred primer is trimethoxysilane containing resin. Primers of this type are described in Kanegafuchi Patent No. US 4,801,658.
プライマー配合物には触媒(または促進剤)、例えば
ジアルキル錫オキシド化合物、水、酸、またはオルガノ
チタネート、またはオルガノジルコネートを含有しても
よくまたは含有しなくてもよい。The primer formulation may or may not contain a catalyst (or promoter), such as a dialkyltin oxide compound, water, acid, or an organotitanate or organozirconate.
プライマーの厚さは非常に広く変化させることができ
る。2.5ミクロン〜125ミクロンの厚さのプライマー薄膜
を鋼板にコーティングすることができるが、好ましい厚
さの範囲は10.0ミクロン〜50ミクロンである。The thickness of the primer can vary very widely. Although a 2.5 to 125 micron thick primer film can be coated on the steel sheet, the preferred thickness range is 10.0 to 50 microns.
プライマーデポジション後、引続いてトップコートを
適用することもできる。これらにはこの技術分野で知ら
れたプライマーサーフェーサー、モノコート、ベースコ
ート/クリアーコートまたはほかの任意のトップコート
システムがある。After primer deposition, a top coat can be applied subsequently. These include primer surfacers, monocoats, basecoat / clearcoats or any other topcoat systems known in the art.
実施例 特にことわらない限り、全ての実施例は大体詳細な説
明の項内に記述されたように実験したものである。実施
例に関するより詳しい資料を下に示す: (1)鋼基体:サイズ(4″×6″×0.032″) これは油分をもったものであれば溶剤で予め洗浄して
おく。EXAMPLES Unless otherwise stated, all examples were run as described in the Detailed Description section. More detailed data on the examples are given below: (1) Steel substrate: size (4 "x 6" x 0.032 ") If this has an oil content, it should be pre-washed with a solvent.
(2)真空室:径18″と高さ30″のPyrex製ガラス
鐘。(2) Vacuum chamber: Pyrex glass bell with diameter 18 "and height 30".
(3)電源:外部直流電源(モデルMDX−1KとしてAdvan
ced Energy Industries,Inc.より入手可能)。(3) Power supply: External DC power supply (Advan as model MDX-1K)
ced Energy Industries, Inc.).
(4)電極説明: −カソードは2つのアノードの間に置かれた上記の鋼
基体である。(4) Electrode description:-The cathode is the steel substrate described above, placed between two anodes.
−第2図に示すような2つのアノード。各アノードは
アルミニウムプレート23(7″×7″×1/2″)、アル
ミニウムプレート23の内側に取付けられているチタニウ
ムプレート(7″×7″×1/16″)、鉄のリング24(外
径で7″、内径で5.5″、厚さ1/16″)、およびアルミ
ニウムプレート23の裏側に取付けられている鉄円板24′
(直径2″、厚さ1/16″)そして南極を中心点に向けて
鉄円板24′と鉄のリング24に取付けられている8個の永
久棒磁石25(3″×1/2″×1/4″)、からなっている。
磁界の強さは700〜800ガウスの範囲である。そして、電
極(アノード)13は全体をセラミック材料26で支持され
ている。Two anodes as shown in FIG. Each anode is an aluminum plate 23 (7 "x 7" x 1/2 "), a titanium plate (7" x 7 "x 1/16") mounted inside the aluminum plate 23 , and an iron ring 24 (outside). 7 "in diameter, 5.5" in inner diameter, 1/16 "thick) and an iron disk 24 ' mounted on the back side of the aluminum plate 23
(Diameter 2 ", thickness 1/16") and eight permanent bar magnets 25 (3 "x 1/2") mounted on iron disk 24 ' and iron ring 24 with the South Pole toward the center. × 1/4 ″).
The strength of the magnetic field ranges from 700 to 800 Gauss. The electrode (anode) 13 is entirely supported by a ceramic material 26 .
−カソードは2″離してチタニウムの側をカソードに
向けて2つの平行するアノードの間に位置させる。The cathode is located 2 "apart and between the two parallel anodes with the titanium side facing the cathode;
(5)真空ポンプ機構:機械的ロータリーポンプ(モデ
ル1376としてSargent−Welch Scientific Companyより
入手可能)と直列に並ぶ機械ブースターポンプ(モデル
MB−100Fとして島津製作所より入手可能)。(5) Vacuum pump mechanism: mechanical booster pump (model available in series with mechanical rotary pump (available from Sargent-Welch Scientific Company as model 1376))
(Available from Shimadzu Corporation as MB-100F).
(6)圧力計:キャパシタンス圧力計(モデル220BAと
してMKS Instrumentsより入手可能)。(6) Pressure gauge: capacitance pressure gauge (available from MKS Instruments as model 220BA).
(7)絞り弁(モデル253AとしてMKS Instrumentsより
入手可能)および絞り弁コントローラー(またモデル25
2AとしてMKS Instrumentsより入手可能)。(7) Throttle valve (available from MKS Instruments as model 253A) and throttle valve controller (also model 25
2A available from MKS Instruments).
(8)流量コントローラー:質量流量コントローラー
(モデル1259BとしてMKS Instrumentsより入手可能)。(8) Flow controller: Mass flow controller (available from MKS Instruments as Model 1259B).
耐食性試験(Scab試験)の説明 試験パネルにけがきを入れる。けがき線はパネルの中
央にあって約3インチの長さである。つぎにこれらのけ
がきを入れたパネルを次の試験サイクルにかける。Explanation of corrosion resistance test (Scab test) Mark the test panel. The scribe line is at the center of the panel and is about 3 inches long. The scribed panel is then subjected to the next test cycle.
月曜日から金曜日まで: 5%塩化ナトリウム溶液に15分間浸漬する。Monday to Friday: Soak in 5% sodium chloride solution for 15 minutes.
室温、空気中で75分間乾燥する。 Dry at room temperature in air for 75 minutes.
85%の相対湿度、60℃の環境に22時30分間さらす。 Exposure to an environment of 85% relative humidity and 60 ° C for 22:30 minutes.
土曜日および日曜日: サンプルを湿潤室(85%相対湿度、60℃)中に保持す
る。サンプルをときどき検査する。Scab腐食試験完了
後、試験パネルを室から取出し、温水ですすぐ。このサ
ンプルを目視で不良、例えば腐食、盛り上り、剥離、接
着減り、またはふくれについて検査した。けがき線の腐
食によるクリープ縮み(下塗りと鋼板との間の接着の減
損)を評価するために、けがき線と変化を受けていない
下塗りとの間の距離を測定する。多数回測定の平均で計
算する。Saturday and Sunday: Samples are kept in a humid chamber (85% relative humidity, 60 ° C). Inspect samples occasionally. After the Scab corrosion test is completed, remove the test panel from the chamber and rinse with warm water. The samples were visually inspected for defects such as corrosion, build-up, peeling, reduced adhesion, or blisters. To evaluate the creep shrinkage (loss of adhesion between the primer and the steel sheet) due to the scribe line corrosion, the distance between the scribe line and the unmodified primer is measured. Calculated as the average of multiple measurements.
実施例I 裸鋼基体/酸素プラズマ前処理/TMSプラズマデポジショ
ン/シランプライマー 基体:清浄化された冷間圧延鋼片(製品名、GMC 92A
としてACT Corporationより入手可能) 酸素プラズマ前処理条件:直流電力は12ワットであ
り、そして600〜800ボルトであった;質量当りのエネル
ギー入力は1kg当り0.25ギガジュールであった;酸素ガ
ス流速は、毎分2標準立法センチ(sccm)であった;シ
ステムの圧力は30ミリトールであった;そして出力時間
は2分間であった。Example I Bare Steel Substrate / Oxygen Plasma Pretreatment / TMS Plasma Deposition / Silane Primer Substrate: Clean Cold Rolled Billet (Product Name, GMC 92A)
Oxygen plasma pretreatment conditions: DC power was 12 watts and between 600 and 800 volts; energy input per mass was 0.25 gigajoules per kg; oxygen gas flow rate was The system pressure was 30 mTorr; the output time was 2 minutes.
トリメチルシラン(TMS)ガスを用いるプラズマポリ
(トリメチルシラン)のデポジション:直流電流は2ワ
ット、600〜750ボルトであった;質量当りのエネルギー
入力は1kg当り24ギガジュールであった;TMSガス流速は
毎分1.5標準立法センチ(sccm)であり、システムの圧
力は50ミリトールであり、そして出力時間は2分間であ
った。Deposition of plasma poly (trimethylsilane) using trimethylsilane (TMS) gas: DC current was 2 watts, 600-750 volts; energy input per mass was 24 gigajoules / kg; TMS gas flow rate Was 1.5 standard cubic centimeters per minute (sccm), the system pressure was 50 mTorr, and the output time was 2 minutes.
プライマーコーティングの適用:基体を真空室から取
出し、プライマーを適用した。適用したプライマーはメ
トキシシラン官能基を有する本発明が最も好ましいとす
るプライマーであった。この樹脂はKanegafuchiの特許N
o.U.S.4,801,658に記載されている。プライマーは鋼基
体をプライマー中に浸漬することによって17.5ミクロン
〜27.5ミクロンの厚さに適用した。ついで200°Fで30
分間硬化させた。Application of primer coating: The substrate was removed from the vacuum chamber and the primer was applied. The primer applied was the primer most preferred by the present invention having a methoxysilane functional group. This resin is patented by Kanegafuchi Patent N
o US 4,801,658. The primer was applied to a thickness of 17.5 microns to 27.5 microns by dipping a steel substrate into the primer. Then at 200 ° F 30
Cured for minutes.
つぎにサンプルを5週間、上述の腐食試験に付した。
接着はテープ試験(ASTM D3359)により良好であった。
平均のクリープの距離は1.5ミリであり、ふくれはなか
った。プラズマデポジション層によるものではない緑の
プライマーの不均一な被覆により緑にわずか腐食を生じ
た。この問題点はプライマー適用法を変える(例えば、
真空蒸着重合または電着塗装)ことによって取除くこと
ができた。The samples were then subjected to the corrosion test described above for 5 weeks.
Adhesion was good by tape test (ASTM D3359).
The average creep distance was 1.5 mm and there was no blister. The non-uniform coverage of the green primer, not due to the plasma deposition layer, resulted in slight corrosion of the green. This problem changes the method of applying the primer (for example,
Vacuum deposition polymerization or electrodeposition coating).
実施例II りん酸亜鉛塩処理、クロム酸洗浄鋼/酸素プラズマ前処
理/TMSプラズマデポジション/シランプライマー 基体:りん酸亜鉛塩処理、クロム酸液で洗浄した鋼
(製品名、GMC 92C;C168 C20 DIWとしてACT Corp.より
入手可能) 酸素プラズマ前処理条件:直流電力は12ワット、600
〜800ボルトであった:質量当りのエネルギー入力は1kg
当り0.25ギガジュールであった;酸素ガス流速は、毎分
2標準立法センチ(sccm)であった;システムの圧力は
30ミリトールであった;そして出力時間は2分間であっ
た。Example II Zinc phosphate treatment, chromic acid washed steel / oxygen plasma pretreatment / TMS plasma deposition / silane primer Substrate: zinc phosphate treatment, steel washed with chromic acid solution (product name, GMC 92C; C168 C20) Available as DIW from ACT Corp.) Oxygen plasma pretreatment conditions: DC power 12 watts, 600
~ 800 volts: 1 kg energy input per mass
Was 0.25 gigajoules per second; the oxygen gas flow rate was 2 standard cubic centimeters per minute (sccm);
30 mTorr; and the output time was 2 minutes.
トリメチルシランガスを用いるプラズマポリ(トルメ
チルシラン)のデポジション:直流電力は2ワット、60
0〜750ボルトであった;質量当りのエネルギー入力は1k
g当り24メガジュールであった;TMSガス流速は毎分1.5標
準立法センチ(sccm)であり、システムの圧力は50ミリ
トールであり、そして出力時間は2分間であった。Deposition of plasma poly (tolmethylsilane) using trimethylsilane gas: DC power 2 watts, 60
0-750 volts; energy input per mass is 1k
The TMS gas flow rate was 1.5 standard cubic centimeters per minute (sccm), the system pressure was 50 mTorr, and the output time was 2 minutes.
プライマーコーティングの適用:基体を真空室から取
出し、プライマーを適用した。適用したプライマーはメ
トキシシラン官能基を有する本発明が最も好ましいとす
るプライマーであった。この樹脂はkanegafuchiの特許N
o.U.S.4,801,658に記載されている。プライマーは鋼基
体をプライマー中に浸漬することによって17.5ミクロン
〜27.5ミクロンの厚さに適用した。ついで200°Fで30
分間硬化させた。Application of primer coating: The substrate was removed from the vacuum chamber and the primer was applied. The primer applied was the primer most preferred by the present invention having a methoxysilane functional group. This resin is a Kanegafuchi patent N
o US 4,801,658. The primer was applied to a thickness of 17.5 microns to 27.5 microns by dipping a steel substrate into the primer. Then at 200 ° F 30
Cured for minutes.
つぎにサンプルを5週間、上述の腐食試験に付した。
接着はテープ試験(ASTM D3359)により良好であった。
平均のクリープの距離は0.9ミリであり、ふくれはなか
った。非常に微小な腐食が認められ、プラズマデポジシ
ョン層によるものではない縁のプライマーの不均一な被
覆によって生じたと考えられる。この問題点はプライマ
ー適用法を変える(例えば真空蒸着重合または電着塗
装)ことによって取除くことができた。The samples were then subjected to the corrosion test described above for 5 weeks.
Adhesion was good by tape test (ASTM D3359).
The average creep distance was 0.9 mm and there was no blister. Very slight corrosion was observed, probably due to uneven coating of the edge primer, not due to the plasma deposition layer. This problem could be eliminated by changing the primer application method (for example, vacuum deposition polymerization or electrodeposition).
実施例III りん酸亜鉛塩処理、クロム酸洗浄亜鉛めっき鋼基体/酸
素プラズマ前処理/TMSプラズマデポジション/シランプ
ライマー 基体:りん酸亜鉛塩処理、クロム酸液洗浄亜鉛めっき
鋼(製品名、GMC 90E Electro G1V70/70;C168 C20 DIW
としてACT Corp.より入手可能) 酸素プラズマ前処理条件:直流電力は12ワット、600
〜800ボルトであった;質量当りのエネルギー入力は1kg
当り0.25ギガジュールであった;酸素ガス流速は毎分2
標準立法センチ(sccm)であった;システム圧力は30ミ
リトールであり;そして出力時間は2分間であった。Example III Zinc phosphate treated, chromic acid washed galvanized steel substrate / oxygen plasma pretreatment / TMS plasma deposition / silane primer Substrate: zinc phosphate treated, chromic acid solution washed galvanized steel (product name, GMC 90E) Electro G1V70 / 70; C168 C20 DIW
(Available from ACT Corp.) Oxygen plasma pretreatment conditions: DC power 12 watts, 600
~ 800 volts; energy input per mass is 1kg
0.25 gigajoules per second; oxygen gas flow rate was 2 per minute
Standard cubic centimeters (sccm); system pressure was 30 mTorr; and output time was 2 minutes.
トリメチルシランガスを用いるプラズマポリ(トリメ
チルシラン)のデポジション:直流電力は2ワット、60
0〜750ボルトであった;質量当りのエネルギー入力は1k
g当り24メガジュールであった;TMSガス流速は毎分1.5標
準立法センチ(sccm)であり、システムの圧力は50ミリ
トールであり、そして出力時間は2分間であった。Deposition of plasma poly (trimethylsilane) using trimethylsilane gas: DC power 2 watts, 60
0-750 volts; energy input per mass is 1k
The TMS gas flow rate was 1.5 standard cubic centimeters per minute (sccm), the system pressure was 50 mTorr, and the output time was 2 minutes.
プライマーコーティングの適用:基体を真空室から取
出し、プライマーを適用した。適用したプライマーはメ
トキシシラン官能基を有する本発明が最も好ましいとす
るプライマーであった。この樹脂はKanegafuchiの特許N
o.U.S.4,801,658に記載されている。プライマーは鋼基
体をプライマー中に浸漬することによって17.5ミクロン
〜27.5ミクロンの厚さに適用した。ついで200°Fで30
分間硬化させた。Application of primer coating: The substrate was removed from the vacuum chamber and the primer was applied. The primer applied was the primer most preferred by the present invention having a methoxysilane functional group. This resin is patented by Kanegafuchi Patent N
o US 4,801,658. The primer was applied to a thickness of 17.5 microns to 27.5 microns by dipping a steel substrate into the primer. Then at 200 ° F 30
Cured for minutes.
つぎにサンプルを5週間、上述の腐食試験に付した。
接着はテープ試験(ASTM D3359)により良好であった。
平均のクリープの距離は1.2ミリであり、ふくれはなか
った。非常に微小な腐食が認められ、これはプラズマデ
ポジション層によるものではない縁の不均一なプライマ
ー被覆によって生じたものと考えられる。この問題点は
異なったプライマー適用法を変える(例えば真空蒸着重
合または電着塗装)ことによって取除くことができた。The samples were then subjected to the corrosion test described above for 5 weeks.
Adhesion was good by tape test (ASTM D3359).
The average creep distance was 1.2 mm and there was no blister. Very little corrosion was observed, probably due to non-uniform primer coating at the edges, not due to the plasma deposition layer. This problem could be eliminated by changing the different primer application methods (for example, vacuum evaporation polymerization or electrodeposition).
実施例IV 亜鉛めっきした鋼基体/酸素プラズマ前処理/TMSプラズ
マデポジション/真空蒸着有機薄膜プライマー 基体:亜鉛めっきした鋼(製品名、GMC 90E Elec Zin
c G70/70としてACT Corporationより入手可能;清浄) 酸素プラズマ前処理条件:直流電力は12ワット、600
〜800ボルトであった;質量当りのエネルギー入力は1kg
当り0.25ギガジュールであった;酸素ガス流速は、毎分
2標準立法センチ(sccm)であった;システムの圧力は
30ミリトールであった;そして出力時間は2分間であっ
た。Example IV Galvanized Steel Substrate / Oxygen Plasma Pretreatment / TMS Plasma Deposition / Vacuum Deposited Organic Thin Film Primer Substrate: Galvanized Steel (Product Name, GMC 90E Elec Zin)
c Available from ACT Corporation as G70 / 70; clean) Oxygen plasma pretreatment conditions: DC power 12 watts, 600
~ 800 volts; energy input per mass is 1kg
Was 0.25 gigajoules per second; the oxygen gas flow rate was 2 standard cubic centimeters per minute (sccm);
30 mTorr; and the output time was 2 minutes.
トルメチルシランガスを用いるプラズマポリ(トルメ
チルシラン)のデポジション:直流電力、12ワットで80
0〜950ボルト;質量当りのエネルギー入力は1kg当り144
メガジュールであった;TMSガス流速は毎分1.5標準立法
センチ(sccm)であった;システム圧力は50ミリトール
であり、そして出力時間は2分間であった。Deposition of plasma poly (tolmethylsilane) using tolmethylsilane gas: DC power, 80 at 12 watts
0-950 volts; energy input per mass is 144 per kg
Megajoules; TMS gas flow rate was 1.5 standard cubic centimeters per minute (sccm); system pressure was 50 mTorr and output time was 2 minutes.
プライマーコーティングの適用:有機薄膜プライマー
のコーティングはParyleneC化合物(Nova Tran Cor
p.から入手可能)を用いて安田教授の「パラキシレン誘
導体の重合(パリレンの場合)、I、パリレンNとパリ
レンCのデポジション動力学」と題してJournal of Pol
ymer Science(Polymer Chemistry版、22巻、(1984)p
475〜491)に記載された真空蒸着重合法で行なわれた。
プライマーは室温で10.0ミクロンの厚さに適用された。Application of primer coating: Organic thin film primer coating is made of Parylene C compound (Nova Tran Cor
Journal of Pol, entitled "Polymerization of Paraxylene Derivatives (for Parylene), Deposition Kinetics of I, Parylene N and Parylene C"
ymer Science (Polymer Chemistry version, vol. 22, (1984) p.
475 to 491).
The primer was applied to a thickness of 10.0 microns at room temperature.
つぎにサンプルを約5週間、上述の腐食試験に付し
た。接着はテープ試験(ASTM D3359)により良好であっ
た。平均のクリープの距離は1.4ミリであり、ふくれは
なかった。縁の防蝕性は非常に良好であった。The sample was then subjected to the corrosion test described above for about 5 weeks. Adhesion was good by tape test (ASTM D3359). The average creep distance was 1.4 mm and there was no blister. The edge had very good corrosion resistance.
実施例V 裸鋼基体/酸素プラズマ前処理/メタンプラズマデポジ
ション/二酸化炭素プラズマ後処理/電着プライマー 基体:裸鋼(製品名、GMC 92AとしてACT Corp.から入
手可能:清浄な冷間圧延鋼) この実施例はプラズマ薄膜層の後処理が実行が容易な
選択可能なものであり、耐蝕性の改善をもたらすことを
示している。Example V Bare Steel Substrate / Oxygen Plasma Pretreatment / Methane Plasma Deposition / Carbon Dioxide Plasma Posttreatment / Electrodeposited Primer Substrate: Bare Steel (Product Name, GMC 92A Available from ACT Corp .: Clean Cold Rolled Steel This example shows that the post-treatment of the plasma thin film layer is an easy-to-perform alternative and results in improved corrosion resistance.
酵素プラズマ前処理条件:直流電力は12ワット、600
〜800ボルトであった;質量当りのエネルギー入力は1kg
当り0.25ギガジュールであった;酸素ガス流速は毎分2
標準立法センチ(sccm)であった;システムの圧力は50
ミリトールであり;そして出力時間は2分間であった。Enzyme plasma pretreatment conditions: DC power 12 watts, 600
~ 800 volts; energy input per mass is 1kg
0.25 gigajoules per second; oxygen gas flow rate was 2 per minute
Standard cubic centimeters (sccm); system pressure was 50
And the output time was 2 minutes.
メタンガスを用いるプラズマメタンポリマーのデポジ
ション。Deposition of plasma methane polymer using methane gas.
直流電力は5ワット、500〜600ボルトであった;質量
当りのエネルギー入力は1kg当り0.21ギガジュールであ
った;メタンガス流速は毎分2標準立法センチ(sccm)
であった;システムの圧力は50ミリトールであり、出力
時間は2分間であった。DC power was 5 watts, 500-600 volts; energy input per mass was 0.21 gigajoules / kg; methane gas flow rate was 2 standard cubic centimeters per minute (sccm)
The system pressure was 50 mTorr and the output time was 2 minutes.
メタンプラズマ層は二酸化炭素プラズマガスで後処理
した。条件は次のとおりであった:直流電力は5ワッ
ト、500〜600ボルトであった;質量当りのエネルギー入
力は1kg当り0.076ギガジュールであった。二酸化炭素ガ
ス流速は毎分2標準立法センチ(sccm)であった;シス
テムの圧力は50ミリトールであった;そして出力時間は
2分間であった。The methane plasma layer was post-treated with carbon dioxide plasma gas. The conditions were as follows: DC power was 5 watts, 500-600 volts; energy input per mass was 0.076 gigajoules / kg. The carbon dioxide gas flow rate was 2 standard cubic centimeters per minute (sccm); the pressure of the system was 50 mTorr; and the output time was 2 minutes.
つぎに後処理した基体を陰極のエポキシアミン樹脂の
電着に付した。陰極の電着しうるコーティングはPPGのE
5625樹脂4部(容積)、PPGのE5605顔料ペースト1
部(容積)および脱イオン水4部(容積)を用いて調製
された。陰極の電着は当業者に良く知られた条件下で実
施された。電着を200ボルトで2分間にわたって行なっ
た。つぎに電着した薄膜を350°Fで30分間焼付けた。
薄膜の厚さは約25ミクロンであった。The post-treated substrate was then electrodeposited with a cathode epoxyamine resin. Cathode electrodepositable coating is PPG E
5625 resin 4 parts (by volume), PPG E5605 pigment paste 1
Parts (volume) and 4 parts (volume) of deionized water. Electrodeposition of the cathode was performed under conditions well known to those skilled in the art. Electrodeposition was performed at 200 volts for 2 minutes. The electrodeposited thin film was then baked at 350 ° F. for 30 minutes.
The thickness of the thin film was about 25 microns.
つぎにサンプルを約2週間、上述の腐食試験に付し
た。裸鋼に施す上述のシステムの接着性も防蝕性もいず
れもりん酸亜鉛塩処理された鋼に施す現在市販の電着プ
ライマーとは比べものにならない。例えば、りん酸亜鉛
塩処理鋼に現在市販の電着システムが僅か約0.5ミリの
クリープしか有しないのに対し、この実施例のクリープ
は2.3ミリであった。然しながら、我々はメタンプラズ
マ薄膜層に二酸化炭素プラズマガスを用いる後処理を行
なうと二酸化炭素の後処理をしない同じシステムより良
好な性能(後処理をしない場合の2.3ミリのクリープに
対し4.8ミリのクリープ)を示すことを見出した。接着
性はテープ試験(ASTM D3359)により良好であった。The samples were then subjected to the corrosion test described above for about two weeks. Neither the adhesion nor the corrosion resistance of the above system applied to bare steel is comparable to current commercial electrodeposition primers applied to zinc phosphated steel. For example, the creep of this example was 2.3 mm, whereas currently commercially available electrodeposition systems for zinc phosphated steel have only about 0.5 mm of creep. However, we found that post-treatment with carbon dioxide plasma gas on the methane plasma thin film layer performed better than the same system without carbon dioxide post-treatment (2.3 mm creep without post-treatment and 4.8 mm creep). ). Adhesion was good by tape test (ASTM D3359).
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヤング,ダツク・ジヨウ アメリカ合衆国デラウエア州 19803. ウイルミントン.パーロミーノコート4 (72)発明者 ヤスダ,ヒロツグ アメリカ合衆国ミズーリ州 65203.コ ロンビア.レイク ポイントレイン1004 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B05D 7/14 B05D 3/04 B32B 15/08 C23C 16/50──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (72) Inventor Young, Datsuk Jiyou Delaware, United States of America 19803. Wilmington. Paromino Court 4 (72) Inventor Yasuda, Hirotsugu Missouri, United States 65203. Colombia. Lake Point Rain 1004 (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) B05D 7/14 B05D 3/04 B32B 15/08 C23C 16/50
Claims (5)
で処理し; (b)つぎに鋼基体上にオルガノシランの薄膜をデポジ
ットさせ;そして (c)プライマーコーティングをオルガノシラン薄膜上
に適用する、但し、前記プライマーコーティングはオル
ガノシランの薄膜と反応性である、 ことからなる、鋼基体を腐食から防止する鋼基体のコー
ティング方法。1. The following steps: (a) first treating a steel substrate with a reactive or insoluble gas plasma; (b) then depositing a thin film of an organosilane on the steel substrate; and (c) primer coating. Is applied on the organosilane thin film, wherein the primer coating is reactive with the organosilane thin film, comprising:
ジションを、カソードと少なくとも1つのアノードを有
する直流電力を用いる真空室中で行ない、鋼基体をカソ
ードとし、少なくとも1つのアノードが磁気強化部材を
有し、そして真空室中の圧力が1.0トールより低い請求
項1記載の方法。2. Deposition of the organosilane in step (b) in a vacuum chamber using direct current power having a cathode and at least one anode, wherein the steel substrate is a cathode, and at least one anode is a magnetic reinforcing member. 2. The method of claim 1 wherein the pressure in the vacuum chamber is less than 1.0 Torr.
で処理する請求項2記載の方法。3. The method according to claim 2, wherein in step (a) the steel substrate is treated with a reactive gas plasma.
ィングとの間の接着を強化するために、工程(b)と
(c)の間でオルガノシランの薄膜を後処理してオルガ
ノシランの薄膜の表面を分極させる請求項1記載の方
法。4. In order to enhance the adhesion between the organosilane thin film and the primer coating, the organosilane thin film is post-treated between steps (b) and (c) to reduce the surface of the organosilane thin film. The method of claim 1, wherein the polarization is performed.
性基をオルガノシランの薄膜表面上に生成させる請求項
4記載の方法。5. The method according to claim 4, wherein the post-treatment forms hydroxyl groups, acid groups or basic groups on the surface of the organosilane thin film.
Applications Claiming Priority (2)
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| US07/480,356 US4980196A (en) | 1990-02-14 | 1990-02-14 | Method of coating steel substrate using low temperature plasma processes and priming |
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